汽車行業(yè)質(zhì)量體系系列培訓教材(103)MSA測量系統(tǒng)分析.ppt

1 測量系統(tǒng)分析 汽車行業(yè)質(zhì)量體系系列培訓教材 2 課程大綱 測量系統(tǒng)分析的意義和目的 測量系統(tǒng)分析的定義 測量系統(tǒng) 量具 測量 測量過程 測量系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)知識 1 測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 偏倚 重復性 再現(xiàn)性 穩(wěn)定性 線性 分辨力2 理想的測量系統(tǒng)3 測量系統(tǒng)的共同特性4 測量系統(tǒng)的評定步驟和準備 計量型測量系統(tǒng)的分析方法1 偏倚2 穩(wěn)定性3 線性4 重復性和再現(xiàn)性 R R 計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法1 小樣法2 大樣法 3 測量的重要性 如果測量出現(xiàn)問題 那么合格的產(chǎn)品可能被判為不合格 不合格的產(chǎn)品可能被判為合格 此時便不能得到真正的產(chǎn)品或過程特性 因此 要保證測量結(jié)果的準確性和可信度 測量 4 測量誤差 Y x 測量值 真值 TrueValue 測量誤差 戴明說沒有真值的存在 一致 5 測量誤差的來源 nDiscrimination分辨能力nPrecision精密度 Repeatability重復性 nAccuracy準確度 Bias偏差 nDamage損壞nDifferencesamonginstrumentsandfixtures 不同儀器和夾具間的差異 nDifferenceinusebyinspector不同使用人員的差異 Reproducibility再現(xiàn)性 nDifferencesamongmethodsofuse 使用不同的方法所造成差異 nDifferencesduetoenvironment 不同環(huán)境所造成的差異 6 測量的變異說明 儀器 量具 工件 零件 人員 環(huán)境 設(shè)計 重復性 再現(xiàn)性 一致性 敏感性 均勻性 變形影響 接觸幾何 放大 線性 穩(wěn)定性 堅固性 使用假設(shè) 維護 p m 標準 制造 制造公差 制造變差 設(shè)計確認 夾緊 定位測量點 測量傳感器 可操作的定義 充分的數(shù)據(jù) 清潔度 內(nèi)部相關(guān)特 溯源性 隱藏的幾何形狀 彈性變形 物質(zhì) 支持特征 彈性性質(zhì) 穩(wěn)定性 標準 熱膨脹系數(shù) 彈性性質(zhì) 標準 教育的 體力的 經(jīng)驗 培訓 經(jīng)驗 培訓 理解 可操作定義 目視標準 程序 態(tài)度 人機工廠 壓力 照明 振動 空氣污染 幾何相容性 照明 陽光 人工的 人 空氣流 熱膨脹 穩(wěn)定 系統(tǒng)部件 溫度 本位的和周圍的 循環(huán) 圖2 測量系統(tǒng)變異性 因果圖 7 為什么要進行測量系統(tǒng)分析 即使量具經(jīng)過檢定或校準 由于人 機 料 法 環(huán) 測等五方面的原因 會帶來測量誤差 檢測設(shè)備的檢定或校準不能滿足實際測量的需要 因此 還需要對測量系統(tǒng)進行評價 分析測量結(jié)果的變差 從而確定測量系統(tǒng)的質(zhì)量 以滿足測量的需要 滿足QS9000 ISO TS16949標準的要求 ISO TS16949 2002標準7 6 1規(guī)定 為分析出現(xiàn)在各種測量和試驗設(shè)備系統(tǒng)測量結(jié)果的變差 必須進行適當?shù)慕y(tǒng)計研究 此要求必須適用于在控制計劃中提及的測量系統(tǒng) 這些分析方法以及接收準則的使用必須符合顧客的測量系統(tǒng)分析參考手冊 采用其他的分析方法和接受準則必須獲得顧客的批準 8 測量系統(tǒng)分析的目的 運用統(tǒng)計分析方法 確定測量系統(tǒng)測量結(jié)果的變差 測量誤差 了解變差的來源 從而確定一個測量系統(tǒng)的質(zhì)量 并且為測量系統(tǒng)的改進提供信息 保證所用統(tǒng)計分析方法及判定準則的一致性 9 測量系統(tǒng)的基本知識和概念 術(shù)語測量系統(tǒng)及其統(tǒng)計特性分辨力 穩(wěn)定性 偏倚 重復性 再現(xiàn)性 線性理想的測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)的共同特性測量系統(tǒng)的評定步驟和準備 10 術(shù)語 測量 賦值給具體事物以表示他們之間的關(guān)系 而賦予的值定義為測量值 量具 任何用來獲得測量結(jié)果的裝置 經(jīng)常用來特指用在車間的裝置 包括用來測量合格 不合格的裝置 測量系統(tǒng) 用來對被測量特性賦值的操作 程序 量具 設(shè)備 軟件以及操作人員的集合 11 測量系統(tǒng)的組成 測量系統(tǒng) 人 機 料 法 環(huán) 操作人員 量具 測量設(shè)備 工裝 被測的材料 樣品 特性 操作方法 操作程序 工作的環(huán)境 12 測量系統(tǒng)的統(tǒng)計特性 通常使用測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性來衡量測量系統(tǒng)的質(zhì)量 nDiscrimination分辨力 abilitytotellthingsapart nBias偏倚 nRepeatability重復性 nReproducibility再現(xiàn)性 nLinearity線性 nStability穩(wěn)定性 13 分辨力 率 定義 指測量系統(tǒng)檢出并如實指示被測特性中極小變化的能力 傳統(tǒng)是公差范圍的十分之一 建議的要求是總過程6 標準偏差 的十分之一 10 30 14 偏倚 Bias 基準值 觀測平均值 偏倚 偏倚 是測量結(jié)果的觀測平均值與基準值的差值 基準值的取得可以通過采用更高級別的測量設(shè)備進行多次測量 取其平均值來確定 15 重復性 Repeatability 重復性 重復性是由一個評價人 采用一種測量儀器 多次測量同一零件的同一特性時獲得的測量值變差 16 再現(xiàn)性 Reproducibility 再現(xiàn)性是由不同的評價人 采用相同的測量儀器 測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差 再現(xiàn)性 操作者B 操作者C 操作者A 17 穩(wěn)定性 Stability 穩(wěn)定性 時間1 時間2 穩(wěn)定性 是測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準或零件的相同特性時獲得的測量值的總變差 18 線性 Linearity 量程 基準值 觀測平均值 基準值 線性是在量具預期的工作范圍內(nèi) 偏倚值的差值 19 線性 Linearity 觀測的平均值 基準值 無偏倚 有偏倚 20 測量系統(tǒng)的分析 測量系統(tǒng)的變差類型 偏倚 重復性 再現(xiàn)性 穩(wěn)定性 線性測量系統(tǒng)特性可用下列方式來描述 位置 穩(wěn)定性 偏倚 線性 寬度或范圍 重復性 再現(xiàn)性 21 位置和寬度 位置 寬度 位置 寬度 標準值 22 理想的測量系統(tǒng) n理想的測量系統(tǒng)在每次使用時 應只產(chǎn)生 正確 的測量結(jié)果 每次測量結(jié)果總應該與一個標準值相符 一個能產(chǎn)生理想測量結(jié)果的測量系統(tǒng) 應具有零方差 零偏倚和所測的任何產(chǎn)品錯誤分類為零概率的統(tǒng)計特性 23 IDEALMEASUREMENTSYSTEM 真值 真值 24 測量系統(tǒng)所應具有的特性 測量系統(tǒng)必須處于統(tǒng)計控制中 這意味著測量系統(tǒng)中的變差只能是由于普通原因而不是由于特殊原因造成的 這可稱為統(tǒng)計穩(wěn)定性 測量系統(tǒng)的變異必須比制造過程的變異小 變異應小于公差帶 測量精密應高于過程變差和公差帶兩者中精度較高者 一般來說 測量精度是過程變異和公差帶兩者中精度較高者的十分之一 測量系統(tǒng)統(tǒng)計特性可能隨被被測項目的改變而變化 若真的如此 則測量系統(tǒng)的最大的變差應小于過程變差和公差帶兩者中的較小者 25 測量系統(tǒng)的評定 第一階段 明白該測量過程并確定該測量系統(tǒng)是否滿足我們的需要 主要有二個目的 1 確定該測量系統(tǒng)是否具有所需要的統(tǒng)計特性 此項必須在使用前進行 2 發(fā)現(xiàn)那種環(huán)境因素對測量系統(tǒng)顯著的影響 例如溫度 濕度等 以決定其使用的環(huán)境要求 第二階段 目的是在驗證一個測量系統(tǒng)一旦被認為是可行的 應持續(xù)具有恰當?shù)慕y(tǒng)計特性 常見的量具R R分析是其中的一種試驗型式 26 計量型測量系統(tǒng)研究 指南 27 確定穩(wěn)定性的指南 進行研究1 取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值 如果該樣品不可獲得 選擇一個落在產(chǎn)品測量中程數(shù)據(jù)生產(chǎn)零件 指定其為穩(wěn)定性分析的標準樣本 對于追蹤測量系統(tǒng)穩(wěn)定性 不需要一個已知基準值 具備預期測量的最低值 最高值和中程數(shù)的標準樣本是較理想的 建議對每個標準樣本分別做測量與控制圖 2 定期 天 周 測量標準樣本3 5次 樣本容量和頻率應該基于對測量系統(tǒng)的了解 因素可以包括重新校準的頻次 要求的修理 測量系統(tǒng)的使用頻率 作業(yè)條件的好壞 應在不同的時間讀數(shù)以代表測量系統(tǒng)的實際使用情況 以便說明在一天中預熱 周圍環(huán)境和其他因素發(fā)生的變化 3 將數(shù)據(jù)按時間順序畫在Xbar R或Xbar S控制圖上 28 結(jié)果分析 作圖法4 建立控制限并用標準控制圖分析評價失控或不穩(wěn)定狀態(tài) 結(jié)果分析 數(shù)據(jù)法除了正態(tài)控制圖分析法 對穩(wěn)定性沒有特別的數(shù)據(jù)分析或指數(shù) 如果測量過程是穩(wěn)定的 數(shù)據(jù)可以用于確定測量系統(tǒng)的偏倚 同樣 測量的標準偏差可以用作測量系統(tǒng)重復性的近似值 這可以與 生產(chǎn) 過程的標準偏差進行比較以決定測量系統(tǒng)的重復性是否適于應用 可能需要實驗設(shè)計或其他分析解決問題的技術(shù)以確定測量系統(tǒng)穩(wěn)定性不足的主要原因 29 舉例 穩(wěn)定性為了確定一個新的測量裝置穩(wěn)定性是否可以接受 工藝小組在生產(chǎn)工藝中程數(shù)附近選擇了一個零件 這個零件被送到測量實驗室 確定基準值為6 01 小組每班測量這個零件5次 共測量4周 20個子組 收集所有數(shù)據(jù)以后 Xbar R圖就可以做出來了 見圖示 控制圖分析顯示 測量過程是穩(wěn)定的 因為沒有出現(xiàn)明顯可見的特殊原因影響 30 穩(wěn)定性的均值 極差圖 31 確定偏倚指南 獨立樣本法 進行研究1 獲取一個樣本并建立相對于可溯源標準的基準值 如果得不到 選擇一個落在生產(chǎn)測量的中程數(shù)的生產(chǎn)零件 指定其為偏倚分析的標準樣本 在工具室測量這個零件n 10次 并計算這n個讀數(shù)的均值 把均值作為 基準值 可能需要具備預期測量值的最低值 最高值及中程數(shù)的標準樣本是理想的 完成此步后 用線性研究分析數(shù)據(jù) 基準值 測量系統(tǒng)的平均值 偏倚 32 2 讓一個評價人 以通常方法測量樣本10次以上 結(jié)果分析 作圖法3 相對于基準值將數(shù)據(jù)畫出直方圖 評審直方圖 用專業(yè)知識確定是否存在特殊原因或出現(xiàn)異常 如果沒有 繼續(xù)分析 對于n 30時的解釋或分析 應當特別謹慎 結(jié)果分析 數(shù)據(jù)法4 計算n個讀數(shù)的均值 33 5 計算可重復性標準偏差 參考量具研究 極差法 如下 這里d2 可以從附錄C中查到 g 1 m n如果GRR研究可用 且有效 重復性標準偏差計算應該以研究結(jié)果為基礎(chǔ) 34 6 確定偏倚的t統(tǒng)計量 偏倚 觀測測量平均值 基準值 35 7 如果0落在圍繞偏倚值1 置信區(qū)間以內(nèi) 偏倚在 水平是可接受的 這里d2 d2 和v可以在可以從附錄C中查到 g 1 m n 在標準t中可查到 所取的 水平依賴于敏感度水平 而敏感度水平被用來評價 控制該 生產(chǎn) 過程的并且與產(chǎn)品 生產(chǎn) 過程的損失函數(shù) 敏感度曲線 有關(guān) 如果 水平不是用默認值 05 95 置信度 則必須得到顧客的同意 36 舉例 偏倚一個制造工程師在評價一個用來監(jiān)控生產(chǎn)過程的新的測量系統(tǒng) 測量裝置分析表明沒有線性問題 所以工程師只評價了測量系統(tǒng)偏倚 在已記錄過程變差基礎(chǔ)上從測量系統(tǒng)操作范圍內(nèi)選擇一個零件 這個零件經(jīng)全尺寸檢驗測量以確定其基準值 而后這個零件由領(lǐng)班測量15次 37 表2 偏倚研究數(shù)據(jù) 基準值 6 0偏倚15 8 0 225 7 0 335 9 0 145 9 0 156 00 066 10 176 00 086 10 196 40 4106 30 3116 00 0126 10 1136 20 2145 6 0 4156 00 0 38 用電子表格和統(tǒng)計軟件 可獲得直方圖和數(shù)據(jù)分析 見圖10和表3 測量值 39 表3 偏倚研究 偏倚研究分析 40 因為0落在偏倚置信區(qū)間 0 1185 0 1319 內(nèi) 工程師可以假設(shè)測量偏倚是可以接受的 同時假定實際使用不會導致附加變差源 偏倚研究的分析 如果偏倚從統(tǒng)計上非0 尋找以下可能的原因 標準或基準值誤差 儀器磨損 這在穩(wěn)定性分析可以表現(xiàn)出 建議按計劃維護或修整 儀器制造尺寸有誤 儀器測量了錯誤的特性 儀器未得到完善的校準 評審校準程序 評價人設(shè)備操作不當 評審測量說明書等 41 確定線性指南 進行研究線性按以下指南評價 1 選擇g 5個零件 由于過程變差 這些零件測量值覆蓋量具的操作范圍 2 用全尺寸檢驗測量每個零件以確定其基準值并確認了包括量具的操作范圍 3 通常用這個儀器的操作者中的一人測量每個零件m 10次 隨機的選擇零件以使評價人對測量偏倚的 記憶 最小化 42 確定每一零件的觀察平均值 基準值與觀察平均值之間的差值為偏倚 要確定各個被選零件的偏倚 線性圖就是在整個工作范圍內(nèi)的這些偏倚與基準值之間描繪的 如果線性圖顯示可用一根直線表示這些標繪點 則偏倚與基準值之間的最佳線性回歸直線表示兩個參數(shù)之間的線性 線性回歸直線的擬合優(yōu)度R2確定偏倚與基準值是否有良好的線性關(guān)系 43 計算偏倚 偏倚 觀測平均值 基準值過程變差 6 畫圖 X軸 基準值Y軸 偏倚其方程式為 y b ax再分別計算其 截距 斜率 擬合度 線性 線性 等 44 公式 45 系統(tǒng)的線性及線性百分率由回歸線斜率及零件過程變差 或公差 計算得出 如果回歸線有很好的線性擬合 那么可以評價線性幅度及線性百分率來確定線性是否可接受 如果回歸線沒有很好的線性擬合 那么可能偏倚平均值與基準有非線性關(guān)系 這需要進一步分析以判定測量系統(tǒng)的系統(tǒng)是否可接受 46 線性接受準則 a 對測量特殊特性的測量系統(tǒng) 線性 5 接受 線性 5 時 不予接受 b 對測量非特殊特性的測量系統(tǒng) 線性 10 接受 線性 10 時 不予接受 如果測量系統(tǒng)為非線性 查找這些可能原因 在工作范圍上限和下限內(nèi)儀器沒有正確校準 最小或最大值校準量具的誤差 磨損的儀器 儀器固有的設(shè)計特性 47 CaseStudy 48 49 確定重復性和再現(xiàn)性的指南 分析方法有 極差法 均值 極差法 方差分析ANOVA 50 取樣的代表性 不具代表性的取法 51 極差法 極差法是一種改良的計量型量具的研究 它可迅速提供一個測量變異的近似值 這種方法只能提供測量系統(tǒng)的整體概況而不能將變異分為重復性和再現(xiàn)性 它典型的用途是快速檢查驗證GRR是否發(fā)生了變化 這個方法有潛力探測不可接受的測量系統(tǒng) 對樣本容量為5的只需通常時間的80 樣本容量為10的需要90 的時間 典型的極差方法用2個評價人和5個零件進行研究 在研究中 兩個評價人各將每個零件測量一次 每個零件的極差是評價人A獲得測量值和B獲得測量值之間的絕對差值 計算極差的和與平均極差 通過將平均極差均值乘以1 d2 可以得到總測量變差 這里d2 在附錄C中可以找到 m 2 g 零件數(shù) 52 示例 53 計算 54 為了確定測量變差占過程標準偏差的百分比 通過將GRR乘以100除以過程標準偏差將其轉(zhuǎn)換為百分比 在例子 見表7 中 這個特性的過程標準偏差是0 0777 因而 GRR 100 GRR 過程標準偏差 75 7 現(xiàn)在測量系統(tǒng)的 GRR已經(jīng)確定 應該進行結(jié)果的解釋 在表7中 GRR確定為75 7 結(jié)論是測量系統(tǒng)需要改進 55 均值 極差法 均值極差法 Xbar R 是一種可提供測量系統(tǒng)重復性和再現(xiàn)性兩個特性作估計評價的方法 與極差法不同 這種方法可以將測量系統(tǒng)的變差分成兩個部分 重復性和再現(xiàn)性 而不是他們的交互作用 進行研究盡管評價人數(shù)量 試驗次數(shù)和零件數(shù)是可變的 但我們下面的討論反映了研究中條件的優(yōu)化 參考表12GRR數(shù)據(jù)表 詳細的程序是 1 獲得一個樣本零件數(shù)n大于5 應代表實際的或期望的過程變差范圍 2 選擇評價人為A B C等 零件的號碼從1到n 評價人不能看到零件編號 56 3 如果是正常測量系統(tǒng)的一部分 應校準量具 讓評價人A以隨機的順序測量n個零件 將測量結(jié)果輸入第一行 如使用MINITAB應輸入 數(shù)據(jù) 欄 4 讓評價人B和C測量同樣的n個零件 而且他們之間不能看到彼此的結(jié)果 輸入數(shù)據(jù)到第6行和11行 5 用不同的隨機測量順序重復該循環(huán) 輸入數(shù)據(jù)到第2 7 12行 在適當?shù)牧杏涗洈?shù)據(jù) 如果需要試驗3次 重復循環(huán)并輸入數(shù)據(jù)到3 8 13行 6 當零件數(shù)量很大或同時多個零件不可同時獲得時 測量步驟4 5可能改變?nèi)缦率切枰?讓評價人A測量第一個零件并在第1行記錄讀數(shù) 讓評價人B測量第一個零件并在第6行記錄讀數(shù) 讓評價人C測量第一個零件并在第11行記錄讀數(shù) 57 讓評價人A重復測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第2行 讓評價人B重復測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第7行 讓評價人C重復測量第一個零件并記錄讀數(shù)于第12行 如果試驗需要進行3次 重復這個循環(huán)將數(shù)據(jù)記錄在第3 8 13行 7 如果評價人屬于不同的班次 可以使用一個替代方法 讓評價人A測量所有的10個零件輸入數(shù)據(jù)于第1行 然后評價人A以不同的順序讀數(shù) 記錄結(jié)果于第2 3行 讓評價人B C同樣做 依公式計算并作成控制圖或直接用表計算即可 58 R R接受準則 a R R30 不能接受 必須改進 59 結(jié)果分析 當重復性 EV 大于再現(xiàn)性 AV 時 原因可能是 儀器需要保養(yǎng) 量具應重新設(shè)計來提高剛度增強 量具的夾緊或零件定位的方式需要改進 存在過大的零件變差 當再現(xiàn)性 AV 大于重復性 EV 時 評價人員需要更好的培訓如何使用量具及數(shù)據(jù)讀取方式 量具刻度盤上的刻度不清楚 需要某些夾具協(xié)助評價人員來提高使用量具的一致性 60 重復性示例 61 第一步計算重復性 62 63 第二步計算再現(xiàn)性 計算操作人平均值的極差 RO 估計的評價人標準差 RO d2 乘以5 15 減去由于重復性所造成 的部份 64 65 第三步計算零件間的變異 每次的值都是同一零件測三次 所以只是偵測出儀器變異 Re 二個測量者之間的差異代表了人員之間的差異 Ro 每個產(chǎn)品間的差距代表了產(chǎn)品的差異 Rp 66 67 68 69 70 組數(shù) 樣本數(shù) d2 71 控制圖系數(shù)表 72 CaseStudy 操作者A 73 CaseStudy 操作者B 74 CaseStudy 操作者C 75 76 77 78 79 方差分析法ANOVA 方差分析法中 變差分為4類 零件 評價人 量具 零件與評價人的交互作用 優(yōu)點 與均值 極差法相比 1 適用于任何試驗調(diào)試 2 更精確地估計方差 3 可以從試驗數(shù)據(jù)中分離出更多的信息 缺點 計算復雜 需借助計算軟件 對分析人員要求高 80 ANOVAMETHOD 81 ANOVAMETHOD 82 ANOVAMETHOD 83 ANOVAMETHOD 84 ANOVAMETHOD 85 計數(shù)型測量系統(tǒng)研究 86 計數(shù)型量具 就是把各個零件與某些指定限值相比較 如果滿足限件則接受該零件否則拒收 計數(shù)型量具只能指示該零件被接受或拒收 計數(shù)型測量系統(tǒng)的分析方法